該研究由國家納米科學(xué)中心研究員戴慶團(tuán)隊(duì)完成，相關(guān)成果 10 日在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》在線發(fā)表。
據(jù)國家納米科學(xué)中心公眾號(hào)消息，國家納米科學(xué)中心戴慶研究團(tuán)隊(duì)提出利用極化激元作為光電互聯(lián)媒介的新思路，充分發(fā)揮其對(duì)光高壓縮和易調(diào)控的優(yōu)勢(shì)。構(gòu)筑光-極化激元-電轉(zhuǎn)換路徑相當(dāng)于將高速公路的收費(fèi)站改造成立交橋，具有顯著優(yōu)勢(shì)：一是效率高，光 / 電激發(fā)材料表面波的效率相比光電效應(yīng)提升潛力巨大;二是集成度高，光波轉(zhuǎn)化成材料表面波可將波長壓縮百倍輕松突破衍射極限，從而顯著提升光模塊集成度;三是算力強(qiáng)，材料表面波具有光子性質(zhì)可進(jìn)行高效并行計(jì)算，從而將現(xiàn)有光電融合的“光傳輸、電計(jì)算”拓展成為“光傳輸、電計(jì)算 + 光計(jì)算”，實(shí)現(xiàn)“1+1>2”的效果。
在近期的研究工作中，戴慶課題組與合作者發(fā)現(xiàn)了低對(duì)稱晶體中極化激元“軸色散”效應(yīng) (Nat. Nanotech. 2023.18.64)，解決了石墨烯等離激元的長程傳輸問題 (Nat. Commun. 2022. 13: 1465)，提出了異質(zhì)結(jié)調(diào)控極化激元的新機(jī)制(Nat. Nanotech. 2022.17.940)。
在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并構(gòu)筑了微納尺度的石墨烯 / 氧化鉬范德華異質(zhì)結(jié)，充分發(fā)揮了不同材料的納米光子學(xué)特性，其中，原子層厚度為高度壓縮的光學(xué)模式提供基礎(chǔ)，范德華堆垛滿足了模式雜化的近場匹配，線性能帶結(jié)構(gòu)提供電柵壓調(diào)制的平臺(tái)。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了用一種極化激元調(diào)控另一種極化激元開關(guān)的“光晶體管”功能。研究表明該晶體管可實(shí)現(xiàn)光正負(fù)折射的動(dòng)態(tài)調(diào)控，為構(gòu)筑與非門等光邏輯單元提供了基礎(chǔ)。這一研究在應(yīng)用上面向光電融合器件大規(guī)模集成缺乏高效、緊湊光電互聯(lián)方式的重大需求，在科學(xué)上為解決突破衍射極限下高效光電調(diào)制的難題提供了新思路。
